第5章同步发电机自动励磁.ppt

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1、电力系统自动化内容电力系统自动化内容电力系统电力系统调度自动化调度自动化发电厂发电厂自动化自动化变电站自变电站自动化动化发电自动控制无功/电压有功/频率第第5章章 同步发电机自动励磁控制系统同步发电机自动励磁控制系统5.1 同步发电机励磁系统的任务同步发电机励磁系统的任务 一、电力系统无功功率控制的必要性一、电力系统无功功率控制的必要性1.维持系统电压正常水平维持系统电压正常水平电力系统电压水平主要是由电力系统中无功功率平衡来维持的。电力系统电压水平主要是由电力系统中无功功率平衡来维持的。整个电力系统无功功率平衡关系可由下式表示：整个电力系统无功功率平衡关系可由下式表示：GL111nmlijk

2、ijkQQQ无功电源无功电源i向系统供给的无功功率；向系统供给的无功功率；负荷负荷j所消耗的无功功率；所消耗的无功功率；电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率；电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率；GiQLjQkQ在任意时刻，系统所产生的无功功率与系统中所消耗的无功功率总是平衡的。在任意时刻，系统所产生的无功功率与系统中所消耗的无功功率总是平衡的。问题是在多高的电压下达到平衡的问题是在多高的电压下达到平衡的?系统无功负荷系统无功负荷(包括无功损耗包括无功损耗)静态电压特性如图静态电压特性如图5.15.1所示。所示。系统无功电源所发出的无功功率偏系统无功电源所发出的无功功率偏离系统在额定电

3、压下的无功需求越离系统在额定电压下的无功需求越大，系统实际运行电压就偏离额定大，系统实际运行电压就偏离额定电压越大，电网电能质量越差，有电压越大，电网电能质量越差，有可能使电网电压超出其允许范围。可能使电网电压超出其允许范围。控制无功电源所发出的无功功率就可以维持系统电压运行在其允控制无功电源所发出的无功功率就可以维持系统电压运行在其允许变化范围之内，保证电网电压正常运行水平。许变化范围之内，保证电网电压正常运行水平。2.提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性（1 1）系统的无功电源：）系统的无功电源：主要主要:同步发电机同步发电机,另外另外:并联电容器、同步调相机、同步电动机、静止

4、补偿器并联电容器、同步调相机、同步电动机、静止补偿器等。等。（2 2）选用哪种无功电源，将它们配置在何处如何控制系统中无功电源的出）选用哪种无功电源，将它们配置在何处如何控制系统中无功电源的出力，是很重要的。力，是很重要的。这些工作做得好不仅可以提高电力系统的电压质量，而且还会减少无功功这些工作做得好不仅可以提高电力系统的电压质量，而且还会减少无功功率传输过程中造成的无功和有功功率损耗，因而可以提高系统运行的经济性。率传输过程中造成的无功和有功功率损耗，因而可以提高系统运行的经济性。例如例如:对于远离负荷中心的电厂，就不要它发过多的无功功率送往负荷对于远离负荷中心的电厂，就不要它发过多的无功功

5、率送往负荷,这是这是因为远距离地从电源经过变压器和输电线路内负荷输送无功功率，会产生电因为远距离地从电源经过变压器和输电线路内负荷输送无功功率，会产生电压损耗压损耗(高压线路和变压器上的电压损失主要是出无功功率造成的高压线路和变压器上的电压损失主要是出无功功率造成的)和有功功和有功功率损托，而且输送距离越远，经过的环节越多，电压损耗和有功功率损耗也率损托，而且输送距离越远，经过的环节越多，电压损耗和有功功率损耗也就越大就越大。因此，因此，无功功率一般都尽可能地就地、就近平衡无功功率一般都尽可能地就地、就近平衡。3.维持电力系统运行的稳定性维持电力系统运行的稳定性发电机是电力系统中主要的无功电源

6、，发电机是电力系统中主要的无功电源，发电机的发电机的端口电压是由其励磁调节系统自动控制的。端口电压是由其励磁调节系统自动控制的。合理的选用自动励磁调节器，就可以保证发电机合理的选用自动励磁调节器，就可以保证发电机的端口电压维持不变，从而提高系统的静态稳定的端口电压维持不变，从而提高系统的静态稳定性。性。另外，现代发电机都装有快速响应的励磁调节系另外，现代发电机都装有快速响应的励磁调节系统，可以保证当系统发生故障而使发电机端电压统，可以保证当系统发生故障而使发电机端电压低于低于(85%(85%90%)90%)时，能快速而大幅度地增大励磁时，能快速而大幅度地增大励磁电流，提高了发电机电动势，增加了

7、发电机输出电流，提高了发电机电动势，增加了发电机输出的电磁功率，减小了转子的不平衡功率，从而减的电磁功率，减小了转子的不平衡功率，从而减小加速面积，有效地改善系统的暂态稳定性小加速面积，有效地改善系统的暂态稳定性。sindqEqXUEP发电机励磁系统的任务电电压压控控制制无无功功分分配配提提高高稳稳定定强强行行励励磁磁强强行行减减磁磁同步发电机的励磁系统同步发电机的励磁系统 =励磁功率单元励磁功率单元+励磁调节器励磁调节器 同步发电机励磁控制系统示意图同步发电机励磁控制系统示意图二、同步发电机励磁系统的任务二、同步发电机励磁系统的任务同步发电机是系统重要的无功电源，其无功功率的输出是由它同步发

8、电机是系统重要的无功电源，其无功功率的输出是由它的励磁系统来控制的的励磁系统来控制的同步发电机励磁系统的任务主要有以下几个方面。同步发电机励磁系统的任务主要有以下几个方面。1.1.控制发电机端电压控制发电机端电压 通过励磁系统来控制调节控制同步发电机的端电压是通过励磁系统来控制调节控制同步发电机的端电压是一种不需一种不需耗费投资而且最直接的调压手段。耗费投资而且最直接的调压手段。在发电机不经升压直接向用户供电的简单系统中，若供电线路在发电机不经升压直接向用户供电的简单系统中，若供电线路不长，线路上电压损耗不大，单靠调节发电机的励磁来控制发不长，线路上电压损耗不大，单靠调节发电机的励磁来控制发电

9、机的端电压就能满足负荷对电压质量的要求。电机的端电压就能满足负荷对电压质量的要求。（1 1）单机运行时：）单机运行时：在正常运行时，励磁电流在正常运行时，励磁电流I IEFEF在发电机励磁线圈在发电机励磁线圈FLQFLQ中建立磁场，使定子绕组中建立磁场，使定子绕组产生感应电势产生感应电势EqEq，在不考，在不考虑铁心饱和程度影响时，虑铁心饱和程度影响时，感应电势的大小与励磁电感应电势的大小与励磁电流的大小成正比，因此通流的大小成正比，因此通过调整过调整I IEFEF的大小就可使的大小就可使EqEq发生相应的变化发生相应的变化 .qGGdjEUI X其电势平衡方程为其电势平衡方程为发电机稳态运行

10、时的向量图如图发电机稳态运行时的向量图如图5.3(c)5.3(c)所示，由向量关系可得所示，由向量关系可得qGqdcosEUI X 发电机功角，即发电机功角，即EqEq与与U UG G的相位差；的相位差；IqIq发电机定子电流无功分量；发电机定子电流无功分量；发电机功率因数发电机功率因数(亦是负荷功率因数亦是负荷功率因数)。一般一般值很小，可近似认为值很小，可近似认为cos =1，由式，由式(5-2)(5-2)可得可得GqqdUEI XqGsinIII IG G发电机定子电流发电机定子电流(亦是负荷电流亦是负荷电流)XdXd发电机直轴电抗发电机直轴电抗 因发电机的直轴电抗因发电机的直轴电抗Xd

11、Xd为常数，发电机的端电压为常数，发电机的端电压U UG G的大小是由的大小是由其感应电势其感应电势EqEq及负荷电流无功分量及负荷电流无功分量IqIq的大小决定的。的大小决定的。EqEq和发电机励磁电流和发电机励磁电流I IEFEF成正比成正比,上式说明，当上式说明，当I IEFEF 不变时不变时,Iq,Iq变变化将引起化将引起U UG G变化，变化，即发电机单机带负荷运行时，电压变化主要即发电机单机带负荷运行时，电压变化主要是由定子电流的无功分量是由定子电流的无功分量IqIq的变化引起的。的变化引起的。上式还说明，如果发电机无功电流上式还说明，如果发电机无功电流IqIq不变，改变不变，改变

12、I IEFEF可以改变可以改变EqEq，进而可以改变，进而可以改变U UG G或使或使U UG G保持恒定保持恒定.即发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。即发电机单机运行时，调节励磁电流可以改变发电机电压。GqqdUEI X（2 2）当发电机并入电力系统运行时）当发电机并入电力系统运行时发电机并入电力系统运行时，电力系统的电压水平由系统中发电机并入电力系统运行时，电力系统的电压水平由系统中无功电源发出的无功电源发出的无功功率总和无功功率总和与系统中负荷所与系统中负荷所消耗的无功功消耗的无功功率总和之间的平衡关系决定。率总和之间的平衡关系决定。由于单机容量相对电力系统中发电机总容量

13、来说是有限的，由于单机容量相对电力系统中发电机总容量来说是有限的，因此改变一台发电机的励磁电流对电力系统电压水平的影响因此改变一台发电机的励磁电流对电力系统电压水平的影响就不象单机带负荷运行时对发电机电压的影响那么大。而且就不象单机带负荷运行时对发电机电压的影响那么大。而且电力系统的容量越大，这种特征越明显。电力系统的容量越大，这种特征越明显。当电力系统容量无穷大时，系统电压为恒定值。改变一台发当电力系统容量无穷大时，系统电压为恒定值。改变一台发电机的励磁电流对系统的电压水平就一点影响也没有了。电机的励磁电流对系统的电压水平就一点影响也没有了。但是，由于电力系统中各节点电压是不相同的，因此，对

14、并但是，由于电力系统中各节点电压是不相同的，因此，对并入电力系统的发电机电压随励磁电流变化的情况要做具体分入电力系统的发电机电压随励磁电流变化的情况要做具体分折。折。下面是发电机经变压器和输电线路并入电力系统的情况：下面是发电机经变压器和输电线路并入电力系统的情况：GXqBL()UUIXXqXqdBLEUIXXX变压器漏抗和输电线路电抗归算值变压器漏抗和输电线路电抗归算值(归算到发电机电压等级下归算到发电机电压等级下)；电力系统电压和变压器高压侧电压的归算值电力系统电压和变压器高压侧电压的归算值。BXLX XUBUGqqdUEI X而而所以所以通过调节发电机励磁电流来改变发电机感应电势通过调节

15、发电机励磁电流来改变发电机感应电势EqEq,可以改变发电可以改变发电机输出的无功电流机输出的无功电流IqIq，从而调节发电机端电压，从而调节发电机端电压UxUx和变压器高压侧电和变压器高压侧电压压U UB B，或维持它们在给定的范围内，或维持它们在给定的范围内.如发电机直接接入无穷大电力系统如发电机直接接入无穷大电力系统，即，即X XB B=0=0，X XL L=0=0，则发电机端电，则发电机端电压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，压等于系统电压，并随系统电压的变化而变化，此时发电机励磁调此时发电机励磁调节系统不再有调节发电机端电压的作用。节系统不再有调节发电机端电压的作用。BXqLUU

16、I X 由以上分析可知：由以上分析可知：结论结论:同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与接入系统容量的大小有关，接入系统容量的大小有关，其接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小；其接入系统容量越大，对发电机端电压的调节控制作用就越小；其接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，其接入系统容量越小，对发电机端电压的调节控制作用就越大，通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制通常在由一台发电机供电的小系统中，仅靠发电机的励磁控制系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量的系统对发电机端电压的调节作用，就能满足系统对电压质量的要求。要求。注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁注意：真正无穷大系统是不存在的，只是发电机端电压受励磁电流的影响较小罢了。电流的影响较小罢了。由以上分析可知：由以上分析可知：结论结论:同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与同步发电机励磁控制系统对发电机端电压的调节控制作用是与接入系统容量的大小有关，接入系统容量的大小有